第三章 試體試驗與結果分析
3.4 試體 2 實驗結果
試體 2 的梁柱交會區內同試體 1 採用傳統箍筋，削切鋼板則利用螺栓 貫穿鋼筋混凝土柱內預埋的孔位與另一側之削切鋼板接合(如照片 3.15 所 示)。在層間側位移角 θ = 0.00375 弧度前，梁柱皆保持彈性，梁柱接合面亦 無分離情形發生。在層間側位移角 θ = 0.005 弧度時，梁 1 及梁 2 梁翼加勁 板外側梁翼板於梁腹加勁板處產生降伏(照片 3.16)，降伏情形隨著側位移角 增加而更加明顯。在層間側位移角θ = 0.0075 弧度時，混凝土柱因撓曲作 用而於距梁翼板外側約25 cm 外產生拉力裂縫，寬度小於 0.1 mm，梁柱接 頭區因梁端彎矩所造成之剪力而產生剪力裂縫，寬度小於0.1 mm，減載後 裂縫也自動閉合。當層間側位移角θ = 0.01 弧度時，可明確觀察到位於受 拉側的梁翼板及梁腹板與柱面分離，梁翼加勁板外側之降伏也更加顯著，
且梁柱接頭區之剪力裂縫也增加為三條(照片 3.17)，裂縫寬度約 0.1 mm。
實驗進行到層間側位移角θ = 0.02 弧度時，開始產生聲響，但並未觀察到 有螺栓滑動的情形，此時梁腹板與承壓板接合處產生降伏。在層間側位移 角θ = 0.03 弧度時，梁 1 及梁 2 梁翼加勁板外側之梁翼板降伏區域擴大至 梁翼板內側，且觀察到連接削切鋼板與梁的螺栓開始滑動。在層間側移角 達0.04 弧度時，梁 1 及梁 2 梁翼加勁板外側之梁腹板產生降伏。在層間側 移角達0.05 弧度時，梁 2 上部與梁 1 下部削切型鋼板因受壓而產生高模態 的挫屈(照片 3.18)。梁 1 及梁 2 之梁翼板也因承受彎矩及鋼腱拉力作用下嚴 重降伏，產生些許撓曲變形但並未挫屈(照片 3.19)，除此之外梁及柱並無明 顯的破壞。
3.4.2 整體反應
圖 3.20 為梁 1 與梁 2 的彎矩與梁端變形關係圖，圖形在層間側位移角 達0.02 後開始產生部分跳動，此為螺栓滑動所造成的影響。試體歷經每一 次新的反覆載重歷時之彎矩包絡線如圖 3.2 所示，彈性勁度 KTE為 71,700 kN-m，在層間側位移角 0.04 弧度時試體發揮的彎矩為 696 kN-m( = 0.93
M
np)，鋼腱力量與千斤頂力量之關係如圖 3.21 所示，與試體 1 相同，利用 圖3.21 可找到梁柱分離時之分離彎矩(見圖 3.4 中的第二條長條圖)，試體 2 由於施拉的鋼腱預力(956 kN)及削切鋼板厚度(8 mm)均比試體 1 小，因此分 離彎矩較試體 1 小，在經過各階段的層間側位移角後分離彎矩只下降約 8%，但梁因為在 0.03 弧度層間側位移角後降伏嚴重造成鋼腱初始預力減小 (圖 3.21)，從初始的鋼腱預力 957 kN 下降至 835 kN，圖 3.22 為在每個剛體 旋轉角下的預力值，鋼腱力量的預測則根據 2.2 節中假設中性軸固定在梁 翼板與腹板交接處，利用公式(2.10)求出鋼腱力量，另外亦可利用 2.2 節中 的迭代法求得中性軸位置計算鋼腱力量，發現預測值均因無考慮梁因降伏 縮短的因素造成較實驗量測的值高。圖 3.23(a)為梁柱接合剪應變 γ 與梁 2 彎矩關係圖，圖中由於資料擷取系統接收到多餘的雜訊，造成圖形有些雜 亂，雖然因為梁柱接合區產生剪力裂縫造成梁柱接合區有殘餘變形產生，但行為仍接近彈性勁度，圖3.23 (b)為柱之變形轉角 θc與梁2 彎矩關係，由 於柱上有因彎矩所造成之撓曲裂縫，因此圖形也有些許殘餘變形，除此之 外並無其他破壞產生。由變位分離計算所得之梁端位移分量表示於圖3.7(a) 的第二條長條圖，與試體 1 相同可以觀察到柱、梁柱接頭區與梁所提供的 側位移在各階段的增加量隨著彎矩而增加，但增量很小，只有梁柱分離所 造成的剛體旋轉角的增量明顯增加[圖 3.7(b)]。
與試體 1 相同利用在上下梁翼板內側裝置的位移計量測梁柱介面分離 的位移關係，採內差法求得在每一個層間側位移角下中性軸的位置(圖
3.24)，所得結果與試體 1 不同，由於梁端並沒有承壓板作為介面，因此中 性軸會向梁翼的更外緣逼近，發現在梁柱分離之剛體旋轉角達 0.015 弧度 時，中性軸趨近在梁翼加勁板的最外緣，另外也以迭代法計算中性軸位置，
將迭代法所得之中性軸位置與實驗所量测之中性軸位置做比較，分析所得 之結果較為低估。依照(3.2)式可計算分離轉角 θg與由位移計量測計算所得 之剛體旋轉角做比較(圖 3.25)，比較後顯示兩者的結果仍相當接近，圖中的 跳躍點為螺栓滑動所影響。
試體 2 的預力施加目標為 975 kN，施加完預力後，由於錨碇損失最後 試驗時鋼腱預力為957 kN，在經歷各階段的層間側位移角歷時後的預力與 初始預力之比值示於圖3.11，試體 2 在 θ = 0.005 弧度時梁雖已產生降伏，
造成鋼腱預力逐漸遞減，但直至θ = 0.05 弧度時梁仍未產生挫屈，因此鋼 腱預力由於梁降伏的損失量為10%。圖 3.12 顯示試體 2 在歷經各階段層間 側位移角歷時回到力量為零時的殘餘變位，雖然削切鋼板所提供的彎矩約 等於鋼腱預力所提供的彎矩強度，但試驗過程中由於螺栓產生滑動以致於 千斤頂作用在梁上的側向力為零時梁端仍有殘餘變位。同於試體 1 在削切 鋼板外側架設一位移計，可量測到削切鋼板的變形量與梁柱分離轉角的關 係如圖3.26 所示，同樣發現削切鋼板在受壓側的縮短量很少，受拉側在剛 體旋轉角達0.03 弧度時最大的位移量約為 16.7 mm，假設中性軸位於梁翼 加勁板最外緣(簡化分析)，則中性軸距受壓側消能裝置 drc = 4 mm，距受拉 側
d
rt= 514 mm，利用(3.3)式計算消能裝置的伸長量與縮短量，分析所得之
結果如圖3.26 所示，另外利用迭代法計算所得削切鋼板的伸長量也示於圖 中，可以看到由於試驗過程中螺栓產生滑動，因此分析較實驗所量測之削 切鋼板位移量高。3.4.3 局部反應
圖 3.27 為梁柱接合區內梁端彎矩與箍筋應變關係圖，大部分的箍筋都 在彈性範圍內，只有一部分的箍筋達降伏應變。
梁 2 彎矩與梁翼板內側上應變計讀值的關係如圖 3.28 所示，由於加裝 梁翼加勁板其內側的梁翼板應變皆小於降伏應變，在梁翼加勁板末端之梁 翼板內側應變計(S17)在 0.03 弧度層間側位移角下達到了降伏應變，而在各 階段之層間位移角下梁翼板應變沿梁身的分佈如圖3.29 所示，由於梁端彎 矩為梁與削切鋼板所提供，因此在削切鋼板內側之梁翼板應變再度明顯減 少。
根據 2.2 節梁翼加勁板的設計方法，依照實際的材料性質、鋼腱力量 與梁端彎矩可求出實際的彎矩需求關係如圖3.30 所示，顯示梁翼加勁板外 側之梁翼板在層間側位移角達0.02 弧度時達降伏，梁彎矩與梁翼加勁板外 側之梁翼板應變關係如圖3.31 所示，應變計所裝置之位置內側有加裝梁腹 加勁板，因此可以看到在層間側位移角達 0.005 弧度時，應變計所量到的 讀數達到降伏應變，圖形也因降伏而產生殘餘變位而偏移漸大。而試體 2 在層間側位移角達0.02 弧度時梁翼加勁板外側之梁翼板應變已達到 2 倍的 降伏應變(如表 3.2 所示)，依據 Garlock et al. (2005)的分析方法預期梁在此 時會產生挫屈，但在層間側位移角達0.05 弧度時，應變值 ε = 0.12 (= 6εy) 已達六倍降伏應變，梁仍未發生挫屈，因此在預期發生挫屈的位置上加裝 腹板加勁板可有效地限制挫屈的發生。